Sectorul transporturilor este a doua cea mai mare sursă de poluare în lume, cele peste 1,5 miliarde de autovehicule cu motoare cu ardere internă având „partea leului” în materie de emisii nocive. Cum facem să înlocuim mașinile convenționale cu mașini nepoluante?

Se pare că e nevoie de o tranziție, iar soluția optimă momentan este propulsia hibridă-electrică.

masini-hibrid-stiinta-tehnica-2
Ideea de „hibrid” nu e nouă. Oficial, primul vehicul cu propulsie hibridă-electrică din lume a fost prezentat în 1900, fiind realizat de Ferdinand Porsche – paradoxal, cel care e considerat părintele spiritual al companiei auto care, la peste un secol distanţă, avea să işte imensul scandal „Dieselgate”, legat de falsificarea emisiilor poluante ale motoarelor diesel… EGGER-LOHNER SEMPER VIVUS avea montate în partea centrală două motoare pe benzină, legate Ia două generatoare electrice. Acestea alimentau în mod direct cele două motoare electrice plasate în roţile faţă, iar surplusul de energie era stocat într-un acumulator.

Într-un articol anterior, am realizat o detaliere a „speciei” mașinilor eco, cele cu propulsie hibridă-electrică fiind la baza piramidei. Pe scurt, faţă de o maşină convenţională, o maşină hibridă presupune adăugarea unui motor electric și a unei baterii. lar această combinaţie promite o eficienţă mai bună şi un grad mai redus de poluare faţă de un motor convențional, similar ca performanţe.

Totusi, pentru că o maşină hibridă emite în continuare emisii, putem spune că e doar semi-eco. Şi atunci, de ce am afirmat că ar fi o soluţie optimă pentru trecerea la mașinile cu zero emisii? Haideţi să detaliem puţin ce înseamnă un sistem „convenţional” de propulsie hibridă, luând ca exemplu cel propus de liderul în domeniu, Toyota. Nu întâmplător am ales această marcă, deoarece mașina mea este o Toyota Prius, deci explicațiile se bazează și pe experiența personală.

Eficiență mai bună, emisii mai reduse

Motorul pe benzină din cadrul sistemului Toyota Hybrid Synergy System funcţionează după un aşa-numit „ciclu Atkinson”, al cărui principal avantaj ţine de randamentul termic foarte ridicat – care atinge 40% la noua generație Prius, cea mai bună valoare la ora actuală pentru un motor cu ardere internă. Construcţia propulsorului e mai simplistă, iar puterea mai redusă raportat la cilindree.

Aceste lucruri se traduc în primul rând printr-o ardere mai completă (deci emisii poluante mai puţlie) și uzură mai redusă (decl fiabilitate crescută).

masini-hibrid-stiinta-tehnica-3

Motoarele termice au o mare hibă: dezvoltă valoarea maximă a cuplului motor („forța” motorului) de-abia la atingerea unui anumit nivel al turației. Iar în viața de zi cu zi, eficiența funcționării propulsorului este direct influențată de acest cuplu maxim. Plecarea de pe loc, spre exemplu, e o situaţie de funcţionare foarte ineficientă, în special în traficul intermitent din mediul urban. Deoarece la plecare cuplul motor este foarte mic, urnirea maşinii de pe loc se face cu un mare consum de combustibil raportat la lucrul mecanic efectuat.

Aici intervine motorul electric, al cărui avantaj principal ține de obţinerea valorii maxime a cuplului motor încă de la plecare. Este motivul pentru care, în cazul unei maşini hibride, la demaraj rotile sunt puse în funcțiune doar de motorul electric. Se evită, astfel, consumul inutil de carburant.

Tot datorită cuplului bun, motorul electric intervine şi în situatiile de accelerare (de exemplu, la depăşiri) sau la urcarea pantelor. Cazuri în care se evită „forţarea” motorului pe benzină, transmisia cu variație continuă făcând turația să crească până la un nivel optim, unde cuplul motorului termic să fie maxim. Așa încât se obține nivelul dorit de performanțe, dar în condițiile în care consumul sistemului hibrid rămâne la un nivel decent comparativ cu motoarele convenționale comparabile ca putere, unde turațiile mari presupun arderea mult mai ineficientă a amestecului aer-carburant.

masini-hibrid-stiinta-tehnica-4

Nu în ultimul rând, randamentul termic foarte bun al motorului pe benzină din cadrul sistemului hibrid permite oprirea/pornirea acestuia foarte des. De fiecare dată când se ia piciorul de pe accelerație, computerul central dictează sistarea funcţionării motorului termic, lucru de mare ajutor în traficul intermitent din mediul urban sau când maşina e oprită la semafor ori în ambuteiaje. Un motor convențional poate funcționa cât de cât eficient doar odată atinsă temperatura optimă. Însă, în cazul deplasărilor scurte din mediul urban, această temperatură optimă nu e atinsă prea des, ceea ce se traduce într-un nivel mai mare al emisiilor poluante.

În cazul maşinii hibride, sistemul de recuperare a energiei la frânare acţionează ca o frână de motor atât la încetiniri şi frânări, cât şi pe porţiunile în coborâre, oferind o siguranţă mai mare şi, în acelaşi timp, încărcând bateria sistemului hibrid. Bateria e încărcată şi de motorul termic, prin intermediul generatorului, în special în regim de croazieră, la vitezele medii şi mari, când motorul pe benzină funcționeaza cu o bună eficiență. Odată ce bateria are un nivel suficient de încărcare, motorul termic e înlocuit de motorul electric pentru o perioadă, ceea ce contribuie cu atât mai mult la reducerea consumului general.

Principala țintă: dieselul

Motoarele diesel sunt cunoscute pentru consumul mai redus de carburant decât al motoarelor pe benzină comparabile (în condiții similare de exploatare), dar şi pentru eficiența mai bună („trag” mai bine decât „benzinarele”). Cum emisiile de CO2 sunt şi ele mai mici, nu trebuie să ne mire că mașinile diesel au proliferat, în special în Europa.

masini-hibrid-stiinta-tehnica-5
În 1997 a apărut pe piaţă prima maşină hibridă de serie mare: TOYOTA PRIUS propunea combinarea unui motor pe benzină şi a unuia electric (alimentat de o baterie de acumulatori). 20 de ani mai târziu, Toyota este etalonul în domeniu, cu vânzări totale de circa 10 milioane de vehicule cu propulsie hibridă. Din păcate, maşinile hibride reprezintă doar 0,1% din numărul total de maşini aflate în circulatie pe mapamond. Dar, datorită avantajelor în materie de reducere a emisiilor poluante, propulsia hibridă-electrică devine din ce în ce mai tentantă pentru marii producători – în principal pentru cei care nu pot concepe lumea auto fără petrol…

lată, însă, că scandalul „Dieselgate” a scos la iveală o problemă fundamentală: motoarele diesel sunt un adevărat pericol pentru sănătatea populaţiei din cauza emisiilor de particule fine şi de NOx – teste recente arată că multe motoare diesel emit astfel de poluanți periculoși în cantități chiar de zeci de ori mai mari în condiții reale față de teorie.

Nu numai atât: pentru a oferi şi performanțe mai bune, dar şi o reducere a poluării, motoarele diesel au devenit extrem de complexe. Ceea ce se traduce prin componente şi subsisteme foarte scumpe (în special pentru tratarea gazelor arse), dar şi printr-o fiabilitate din ce în ce mai precară. Cele mai costisitoare părti ale unui motor diesel modern sunt sistemul turbocompresor (sau cu mai multe turbocompresoare), sistemul de injectie de înaltă presiune, filtrul de particule, sistemul de recirculare a gazelor arse, iar, mai nou, sistemul SCR (Selective Catalytic Reduction, care utilizează aditivi pe bază de uree pentru neutralizarea emisiilor de NOx).

La care se mai adaugă costurile ridicate de întreținere şi mentenanța mai pretențioasă, dar şi necesitatea unei atenții mai mari în utilizare – de exemplu, un regim sportiv sau folosirea preponderent a mașinii diesel în traficul urban duc la creşterea exponențială a uzurilor şi a riscurilor de apariție a problemelor. lar, în timp, degradarea (sau chiar eliminarea voită) a unor componente din circuitul de depoluare duc pur şi simplu la creşterea gradului de poluare a unei maşini diesel.

masini-hibrid-stiinta-tehnica-6
În cazul unui sistem hibrid cu două motoare electrice (câte unul pentru fiecare punte), se remarcă avantajul intervenției mult mai prompte a acestui sistem 4×4 (nu mai există pierderile din lanțul cinematic mecanic), dar și încărcarea mai eficientă a bateriei în fazele de decelerare/frânare (deoarece toate cele patru roțile preiau, în aceste condiții, rolul de generator).

În aceste condiții, propulsia hibridă devine o alternativă demnă de luat în seamă pentru înlocuirea cât mai rapidă a motoarelor diesel. La nivelul consumului de carburant şi al emisiilor de CO2, o maşină hibridă stă la fel sau chiar mai bine decât una diesel comparabilă. Însă emisiile de NOx şi, mai ales, de particule fine sunt de zeci şi sute de ori mai reduse la o maşină hibridă. lar acesta este un avantaj important în privința poluării din traficul urban, unde maşinile diesel au cea mai gravă contribuţie.

Un alt aspect favorabil propulsiei hibride ține de fiabilitatea superioară, dar și de confortul mai mare în utilizare (o maşină hibridă are standard cutie automată, iar nivelul sonor e mai scăzut). Considerând motorul electric şi bateria un fel de corespondenţi, din punct de vedere al funcțiilor şi costurilor, pentru turbocompresor şi sistemele de depoluare ale unui motor diesel, ajungem la concluzia că propulsia hibridă e mai rentabilă şi mai de încredere decât cea diesel. Costurile de întreținere şi de reparație sunt chiar şi cu 50% mai reduse la propulsia hibridă, iar prețurile maşinilor hibride sunt deja foarte competitive raportat la maşinile diesel comparabile.

Pasul psihologic spre „Full Electric”

Fără discuţie, maşinile 100% electrice sunt una dintre cele mai clare opţiuni pentru a scădea drastic poluarea din transporturi. Din păcate, tehnologia bateriilor încă este limitată, iar consumatorii sunt reticenţi din cauza preţului mare, a autonomiei scăzute şi a infrastructurii de alimentare. E adevărat și că aceste dezavantaje sunt exacerbate de raportarea la actuala situație din domeniul auto, dar la fel de adevărat este că mentalitatea nu se schimbă peste noapte.

masini-hibrid-stiinta-tehnica-7
Pentru marii producători auto, evoluția spre electromobilitate este un proces foarte complicat. Așa încât adoptarea propulsiei hibride (care în cele mai multe cazuri va înlocui motoarele diesel) este un prim pas necesar.

Ei bine, aici mai aduc în discuţie şi rolul educativ al propulsiei hibride. Pur şi simplu, experienţa directă a unui utilizator cu o maşină hibridă îl poate face să înţeleagă și să accepte mult mai ușor avantajele soluţiei electrice decât aş putea să o fac eu în 1.000 de articole de informare şi conştientizare. Ca idee, după o experiență de peste un an cu Prius-ul meu, mi-e clar că următoarea mașină va fi 100% electrică, fără discuție. Asta dacă până atunci nu se vor generaliza și la noi mașinile autonome, caz în care nu mă mai interesează conceptul de mașină personală…

Trecând peste caracteristicile teoretice, în practică se mai pot descoperi şi alte avantaje, fie greu de explicat, fie greu de cuantificat în bani. În sprijinul acestei afirmaţii aduc modelele Toyota și Lexus hibride testate până acum pentru Știință&Tehnică, dar și pentru proiectul personal Ecoprofit.ro:

  • Toyota Auris Hybridmasini-hibrid-stiinta-tehnica-10face parte din clasa compactă, fiind un hatchback de categoria cunoscutului VW Golf; într-un domeniu în care motoarele diesel sunt foarte populare, iar cele pe benzină de cilindree mică și cu turbocompresor (așa-numitul curent „downsizing”) vor să scoată „la pensie” benzinarele aspirate, propulsia hibridă a lui Yaris demonstrează reale avantaje în materie de consum și confort.
  • Lexus NX 300hmasini-hibrid-stiinta-tehnica-11segmentul SUV-urilor premium compacte este dominat fără drept de apel de motorizările diesel (peste 80% din segment), fiind vorba despre mașini destinate unui public ce parcurge mulți kilometri anual cu mașina personală; ei bine, SUV-ul Lexus se detașează nu doar prin aspectul agresiv, ci și prin echilibrul satisfăcător oferit de propulsia hibridă, puțin dezavantajată la un drum lung față de un diesel comparabil, dar luându-și revanșa din plin în mediul urban.
  • Toyota Yaris Hybrid – masini-hibrid-stiinta-tehnica-12e o maşină de oraş din eşalonul superior de preţ al clasei mici, în primul rând din cauza tehnologiei propulsiei hibride; care, însă, aduce avantaje majore ca economicitate, confort şi fiabilitate faţă de motoarele convenţionale; aşa încât, la o analiză mai atentă, Yaris Hybrid reuşeşte să-şi justifice rezonabil banii, dovedindu-se citadina perfectă (până când maşinile 100% electrice vor deveni cu adevărat populare).
  • Toyota Auris Touring Sports Hybrid – masini-hibrid-stiinta-tehnica-13este singurul break hibrid propus acum pe piaţă; Dar, chiar şi dacă îl comparăm cu breakuri compacte convenţionale, similare ca putere şi echipare, modelul japonez are destul de multe argumente – în primul rând gradul de confort general, precum şi consumul în mediul urban; un diesel poate părea o opţiune mai bună pentru drumurile lungi, dar realitatea este că breakul hibrid Auris oferă un excelent compromis.
  • Toyota RAV4 Hybridmasini-hibrid-stiinta-tehnica-14inițial, părea o mutare riscantă în domeniul SUV-urilor, dominat de motoarele diesel; reprezintă, însă, o propunere nu doar viabilă, ci şi foarte competitivă din punct de vedere al performanţelor, confortului şi consumului în regim urban; de menţionat aportul real al celui de-al doilea motor electric, aşa încât sistemul 4×4 este mult mai eficient; practic, RAV4 Hybrid are multe avantaje pe care le descoperi doar conducând maşina.
  • Toyota C-HR Hybridtest-toyota-c-hr-stiinta-tehnica-1-1este probabil cea mai atractivă mașină din domeniul SUV/crossover, iar combinația cu sistemul de propulsie hibridă aduce în prim plan avantaje mari în privința comportamentului rutier, dar mai ales în ceea ce privește consumul scăzut de carburant; japonezii demonstrează prin C-HR Hybrid că dieselul este inutil în acest segment

CONCLUZIE

Drumul spre maşinile electrice sau, de ce nu, spre cele fuel-cell cu hidrogen trece invariabil prin teritoriul propulsiei hibride. Pe de o parte, trebuie înţeles că industria auto este un mamut, care nu se poate schimba peste noapte. Pe de altă parte, nu putem scăpa brusc de dependenţa de petrol a societăţii.

Realist vorbind, nu vom scăpa de motoarele cu ardere internă cel puţin pentru încă un deceniu sau două. Putem, însă, să le facem mult mai puţin poluante prin hibridizare. O adaptare care nu este nici dificilă tehnologic, nici prea scumpă. E doar un compromis care sperăm să schimbe macazul cursei nebune a lumii spre un potențial dezastru.

Comentați pe Facebook